С начала космической эры люди запустили около 30 космических кораблей и посадили на красную планету Марс. Генетик Кристофер Мейсон сказал, что теперь мы знаем, какие микроорганизмы, возможно, пережили эти путешествия и приземлились на Марсе.
Это необычная машина, марсоход под названием Perseverance, размером с обычную машину. 18 февраля этого года он благополучно приземлился и проехал по поверхности Марса. Хотя максимальная скорость была ниже 0,1 мили в час (152 м / ч), он был оснащен широким набором инструментов и инструментов. В его экспериментах были достигнуты прорывные достижения.
Этот марсианский марсоход длиной 10 футов (3 м) оснащен машиной, которая превращает тонкий, но содержащий углекислый газ марсианский воздух в кислород. Кроме того, есть вертолет размером с коробку для салфеток, который первым осуществил управляемый и управляемый полет на другой планете. Вертолет «Изобретательность» трижды успешно пролетел, каждый раз дольше и выше.
Но есть ли еще что-нибудь, что появилось на Марсе с помощью этих машин? Есть ли следы бактерий или спор с Земли, которые случайно попали в космос и осели на Марсе?
Хотя инженеры из НАСА и Лаборатории реактивного движения разработали точные и всеобъемлющие планы, чтобы гарантировать, что никакие организмы не могут случайно улететь в космос, два недавних исследования выявили некоторые организмы. Возможно, они избежали процесса очистки и отправились в путешествие на Марс. В ходе исследования также изучалась скорость эволюции видов микробов в космосе.
Во-первых, давайте начнем с процесса создания зонда Perseverance и Лаборатории реактивного движения для производства большей части космических кораблей. Там космический корабль аккуратно строится слой за слоем, как луковица, и перед добавлением все очищается и дезинфицируется. Это гарантирует, что почти никакое заражение бактериями, вирусами, грибками или спорами не попадет в оборудование, выполняющее эту задачу.
Космический корабль построен в чистой комнате ISO-5 (ISO-1 означает самое чистое помещение, ISO-9 означает самое нечистое помещение), где есть воздушные фильтры и строгие процедуры биологического контроля. Эти конструкции должны гарантировать, что на квадратный фут будет всего несколько сотен твердых частиц, а в идеале - не более десятков спор на квадратный метр.
Даже в этом случае практически невозможно достичь нулевой биомассы. Микроорганизмы существуют на Земле миллиарды лет, и они повсюду. Они в нашем теле, в нашем теле, вокруг нас. Некоторые могут даже проникнуть в самые чистые комнаты.
В прошлом тестирование на биологическое загрязнение основывалось на взятии мазков из устройства для культивирования. Новый метод, используемый мной и моими коллегами, заключается в том, чтобы взять конкретный образец, извлечь всю ДНК, а затем секвенировать его, используя технологию «дробовика». Как следует из названия, это похоже на попадание в клетки образца дробовиком, разрушение их на миллиарды маленьких фрагментов ДНК и последующее секвенирование каждого фрагмента. Затем каждый фрагмент (или «считанная» последовательность) может быть сопоставлен с известным геномом вида, который уже существует в базе данных последовательностей.
Потому что сейчас мы делаем секвенирование ДНК в чистой комнате, а не только в культивируемой. Если они смогут выжить в космосе, близком к вакууму, у нас будет возможность более всесторонне изучить, что это за микроорганизмы.
В стерильном помещении Лаборатории реактивного движения мы обнаружили доказательства существования микроорганизмов. Эти микроорганизмы могут вызывать проблемы в космических полетах. У этих организмов больше генов репарации ДНК, поэтому они обладают большей радиационной стойкостью. Они могут образовывать биопленки на поверхностях и оборудовании, поэтому они могут выжить в сухих условиях и процветать в холодных условиях. Факты доказали, что чистые комнаты могут быть процессом эволюционного отбора наиболее стойких бактерий, так что, если они не будут уничтожены, у них будет больше шансов выжить во время путешествия на Марс.
Эти данные предполагают форму планетарной защиты, называемую «прямое заражение». На этом этапе мы можем что-то перенести (намеренно или ненамеренно) на другую планету. Важно то, что если где-то еще во Вселенной существует какая-либо жизнь, мы должны обеспечить ее безопасность. Потому что, как только чужеродные организмы достигнут новой экосистемы, они нанесут серьезный ущерб.
На нашей планете у людей плохая репутация в этом отношении. Например, в XIX веке оспа распространялась через одеяла, которые раздавали коренным американцам. Даже в 2020 году мы не смогли сдержать быстрое распространение нового коронавируса SARS-CoV-2.
С научной точки зрения нежелательны и положительные загрязнения. Ученые должны убедиться, что любая жизнь, обнаруженная на других планетах, действительно является местной жизнью, а не видом загрязнителя, который был ошибочно идентифицирован как чужеродный организм, но вырос на Земле. Даже после процедур радиации и дезинфекции микроорганизмы могут попасть на Марс автостопом. Их геномы, возможно, так сильно изменились, что выглядят так необычно, как микроорганизмы, которые мы недавно видели на Международной космической станции. Если эти чужеродные виды будут обнаружены в марсианской почве, это может вызвать ошибочные исследования жизни или общих характеристик жизни на Марсе.
Микробы, отправленные в космос, также могут быть более прямой проблемой для космонавтов, представляя угрозу их здоровью. Если они прилипнут к колонии микробов, это может даже вызвать сбои в работе оборудования жизнеобеспечения.
Но планетарная охрана окружающей среды - это улица с двусторонним движением. Другой компонент планетарной защиты - избежать «обратного загрязнения», то есть того, что возвращается на Землю, представляет угрозу жизни на Земле, включая людей. Это тема многих научно-фантастических фильмов, в которых вымышленные микробы угрожают всему живому на Земле. Когда НАСА и Европейское космическое агентство запустят зонды к Марсу в 2028 году, это может стать очень реальной проблемой - если все пойдет в соответствии с текущим планом, первые образцы Марса будут возвращены, когда они вернутся в 2032 году.
Однако, если мы найдем признаки жизни на Марсе, она может сначала прийти с Земли. Поскольку два советских зонда приземлились на поверхность Марса в 1971 году, а затем посадочный модуль «Викинг-1» в 1976 году, на этой красной планете могут быть следы микробов и, возможно, ДНК человека. Учитывая глобальные пыльные бури и следы ДНК, которые могли появиться с этими космическими кораблями, мы должны подтвердить, что жизнь на Марсе, которую мы обнаружили, не исходит от Земли.
Но даже если «Настойчивость» или предыдущие миссии случайно принесли организмы или ДНК с Земли на Марс, у нас все еще есть способ отличить их от любой жизни, которая действительно зародилась на Марсе. Информация о его происхождении скрыта в последовательности ДНК. Текущий проект под названием Metasub (метагеномика городских и городских биомов) секвенирует ДНК более чем 100 городов мира. Исследователи из нашей лаборатории, команда Metasub и исследовательская группа в Швейцарии только что опубликовали эти и другие глобальные метагеномные данные. были использованы для создания «планетарного генного индекса», который содержит всю секвенированную ДНК, наблюдаемую до сих пор.
Сравнивая любую ДНК, обнаруженную на Марсе, с чистой комнатой Лаборатории реактивного движения, метро по всему миру, клиническими образцами, сточными водами или последовательностями, наблюдаемыми до того, как зонд Perseverance покинул Землю, должно быть возможно увидеть, действительно ли эти марсианские организмы появляются извне земли.
Даже если наше исследование Солнечной системы непреднамеренно переносит микроорганизмы на другие планеты, они могут быть не такими, как когда они покинули Землю. Испытание космическим путешествием и необычная среда, с которой они столкнулись, оставят на них свой след и приведут к их эволюции. Если организм с Земли адаптировался к космосу или Марсу, генетические инструменты в наших руках могут помочь нам выяснить, как и почему изменились микробы.
Фактически, ученые из Лаборатории реактивного движения и нашей лаборатории недавно обнаружили на Международной космической станции новые странные виды, в том числе некоторые адаптивные (включая устойчивость к высоким уровням радиации) виды, подобные тем, которые встречаются в чистых помещениях. По мере того, как все больше и больше экстремальных видов включается в проект, называемый «Проект экстремального микробиома» (проект экстремального микробиома), они также могут стать инструментами в наборе инструментов эволюции человека в будущем. Например, мы можем использовать их приспособляемость для поиска новых солнцезащитных генов или новых ферментов репарации ДНК, чтобы предотвратить вредные мутации, вызывающие рак, или помочь в разработке новых лекарств.
В конце концов, люди ступят на Марс со смешанными микроорганизмами, живущими в наших телах. Эти микроорганизмы также могут адаптироваться и видоизменяться. Мы также можем учиться у них. Они могут даже облегчить жизнь на Марсе тем, кто отправляется на Марс, потому что уникальный геном, адаптированный к марсианской среде, можно секвенировать, а затем отправить обратно на Землю для дальнейшей идентификации, а затем использовать для лечения и исследований на двух планетах. .
Мы вступаем в новую эру планетарной биологии. Мы поймем приспособляемость живых существ на одной планете и применим ее к другой планете. Уроки эволюции и генетической адаптации запечатлены в ДНК каждого живого существа, и окружающая среда Марса не будет исключением. Когда мы сортируем этих существ, новые существа запечатлевают изменения, которые Марс внес в них, открывая новую эволюционную библиографию.
Это происходит не только из-за скучного любопытства, но и из-за нашей человеческой ответственности за защиту всех других видов. Только люди понимают вымирание, поэтому только люди могут его остановить. Это применимо к сегодняшнему дню, а также относится к миллиардам лет спустя, когда земные океаны начинают кипеть и земля становится слишком горячей, чтобы выжить. Когда мы начнем марш к другим звездам, мы неизбежно нарушим защиту планетарных видов, но тогда у нас нет выбора. В конце концов, осторожное и ответственное загрязнение окружающей среды - единственный способ защитить жизнь. Это скачок, которого мы должны сделать в следующие 500 лет.
